本报讯（记者温才妃 通讯员孟婍）北京科技大学研究员陈克新团队与北京工业大学教授王金淑团队、香港大学教授黄明欣合作，首次提出向金属“借位错”的策略，实现了陶瓷的大变形拉伸塑性。陶瓷的拉伸形变量可达39.9%、强度约为2.3 GPa，颠覆了人们关于“陶瓷不可能具有拉伸塑性”的一贯认知。相关研究成果近日发表于《科学》。
先进陶瓷材料因具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、密度低等优异性能，已成为许多高新技术领域发展的关键材料。但是陶瓷材料本征脆性引发的可靠性差，严重制约了陶瓷材料的进一步发展。陶瓷材料增韧和增塑的研究一直是该领域的核心内容和前沿技术，也是难度最大、最具挑战性的课题之一。
陶瓷材料很难像金属一样产生塑性变形，这是由陶瓷材料的化学键属性决定的。极强的离子键或共价键特性，使陶瓷内的位错形核能极高。因此，通常在产生位错并发生塑性变形之前，陶瓷材料就已经断裂失效了。
针对这一难点，陈克新团队首创性地提出了一种“借位错”思想，即如果将金属中的位错“借”给陶瓷，那么就可以有效解决陶瓷中位错形核难的问题。一旦陶瓷内存在大量位错滑动，那么陶瓷就有可能像金属一样具有塑性。但是，金属位错在迁移到金属-陶瓷相界面处时通常会钉扎聚集，因此金属位错很难被“借”到陶瓷内部。大量的金属位错塞积反而会导致金属-陶瓷界面开裂，加速材料失效。为此，研究团队在金属和陶瓷之间设计了一种有序结合的共格界面。该界面通过化学键结合的方式，有效提高了界面结合强度，从而确保界面不开裂。
与此同时，该有序界面还保证了金属-陶瓷晶面的连续性，这种连续的晶面可以有效降低位错传递势垒，使金属位错可以被轻松地“借”到陶瓷内部。正因这种有序界面可以将金属位错源源不断地向陶瓷内传递，“借位错”的陶瓷才具有了像金属一样的拉伸塑性。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.adp0559